Apunte Radiografia

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Facultad Regional Delta Mediciones y Ensayos

Radiografía Industrial

Ing Cavalchini Jorge

3ro Mecánica


Índice Página 1- Introducción 2- Naturaleza de la radiación utilizada 3- Producción de rayos X 3.1- Tubos de rayos X 3.2- Equipo de rayos X 3.3- Espectro de rayos X 3.4- Control de la emisión de rayos X 3.4.1- Influencia de la tensión 3.4.2- Influencia de la corriente anódica. 4- Los equipos comerciales de rayos X 5- Rayos Gamma 5.1- Isótopos y radioisótopos 5.2- Espectro de radiación 5.3- Decaimiento radioactivo 5.4- Fuentes de radiación gamma 5.4.1- Construcción 5.4.2- Actividad específica 5.5- Equipos para radiografía gamma 6- La práctica radiográfica 6.1- Selección de la radiación 6.2- Factores geométricos 6.3- Película Radiográfica 6.3.1- Sensitometría de las Películas Radiográficas 6.3.2- Procesado 6.4- Pantallas intensificadoras 6.5- Factores que gobiernan la exposición 6.6- Diagramas de exposición 6-7- Radiación dispersa 7- Sensibilidad radiográfica 8- Prácticas recomendadas 8.1- De carácter general para selección de radiación 8.2- Radiografía de fundición 8.3- Radiografía de soldaduras 9- Reglas generales para el examen de radiografías

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1. Introducción. El objeto de este ensayo es obtener información sobre la macro estructura interna de una pieza o componente. El principio aplicado es el de la transparencia de los materiales para ondas electromagnéticas de energía apropiada (Rayos X o gamma) y el uso de un transductor (película radiográfica) que permita el registro de la imagen obtenida por transparencia. La aplicación del ensayo requiere el uso de una fuente productora de radiación, la obtención de una imagen radiante que sensibiliza la película radiográfica (transductor), la formación de una imagen latente en la película que una vez revelada brinda una imagen fotográfica observable visualmente por transparencia. Esta imagen fotográfica o radiografía es el registro de la estructura interna del objeto es una proyección plana y correctamente interpretada permite obtener información sobre la presencia de discontinuidades, cambios de sección, variaciones locales de densidad o composición que pueden o no constituir defectos. El carácter permanente del registro obtenido constituye una de las ventajas del método. Por razones de practicidad trataremos la radiografía industrial en forma generalizada involucrando, en el mismo método, el ensayo efectuado con rayos X o con rayos gamma. Consideramos que la particularidad de cada una de dichas técnicas no invalida un tratamiento general del método. Las diferencias entre ambas técnicas están dadas principalmente por el origen de la radiación empleada, únicamente, ya que la naturaleza de ambos tipos de radiación es la misma.

2. Naturaleza de la radiación utilizada Los rayos X y los rayos gamma utilizados en radiografía industrial son ondas electromagnéticas de la misma naturaleza que las ondas de radio o de televisión y que la radicación luminosa pero de frecuencia, y por lo tanto, energía mucho más alta. Los rayos X se originan por excitación de la envoltura electrónica del átomo mediante bombardeo con electrones acelerados, o por desaceleración de dichos electrones en el campo de atracción nuclear. Los rayos gamma tienen su origen en el seno del núcleo atómico de los radioisótopos produciéndose en forma espontánea según las leyes del decaimiento radioactivo. Generalmente los rayos γ cubren rangos de energía más elevada. Entre las propiedades de interés debemos recordar que las radiaciones X o gamma: • Se propagan en línea recta no siendo desviadas por campos eléctricos ni por campos magnéticos • Ionizan los gases • Excitan radiación fluorescente en ciertos compuestos químicos • Sensibilizan suspensiones fotográficas • Dañan los tejidos vivos y no son detectadas por nuestros sentidos • Atraviesa todos los materiales incluso los opacos a la radiación luminosa, sufriendo una absorción o perdida de energía en relación con los espesores o densidad de material atravesado


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•

La pérdida de energía al atravesar un material se cumple siguiendo una ley de exponencial de absorción cuya expresión general es la siguiente

Io = intensidad de radiación incidente I = intensidad de radiación emergente luego de atravesar un espesor X X = espesor atravesado µ = coeficiente de absorción. Debe observarse que este coeficiente, además de depender de la naturaleza del material varía con la energía de la radiación incidente; representa la fracción de energía absorbida por centímetro de espesor de material atravesado. El fenómeno de absorción de los rayos X y gamma por la materia se produce siguiendo tres procesos diferentes: efecto fotoeléctrico, efecto de Compton y producción de pares de electrones. • Según el efecto fotoeléctrico el cuanto de radiación electromagnética cede toda su energía en la liberación de un electrón orbital expulsándolo del campo de atracción del núcleo, originando así una radiación corpuscular dispersa. (fig 1) La radiación electromagnética queda caracterizada por la ecuación: E=hν, donde E es la energía, ν la frecuencia y h la constante universal de Planck. Además ν = c/λ donde C es la velocidad de la luz y λ la longitud de onda de la radiación. Este efecto solo puede ocurrir cuando la energía del cuanto es superior a la energía mínima necesaria para expulsión del electrón. Para energías del cuanto superiores a dicho mínimo, la probabilidad de ocurrencia de este efecto es mayor cuanto más próxima sea la energía del cuanto a la energía mínima mencionada.

•

El efecto Compton ocurre cuando el cuanto de radiación electromagnética sufre un choque elástico con un electrón prácticamente libre. Parte de la energía es cedida al electrón en forma de energía cinética y el resto sigue como un cuanto de radiación electromagnética de menor energía. Se origina así radiación corpuscular y electromagnética dispersa cuya dirección es distinta a la del cuanto incidente. La energía del cuanto de radiación dispersa es tanto menor cuanto mayor sea su divergencia con respecto a la dirección del cuanto incidente (fig 2). La probabilidad de ocurrencia de este efecto es función de la energía del cuanto.


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•

La producción de pares ocurre cuando un cuanto de radiación electromagnética materializa su energía en dos electrones de cargas eléctricas opuestas. La producción de pares solo es posible cuando la energía del cuanto es superior al equivalente energético de la masa de dos electrones, esto es 1,02 MeV. La probabilidad de este efecto aumenta con la energía.

Dentro del rango usual de energías aplicadas en radiografía las sustancias de bajo peso atómico (agua, sustancias orgánicas, plásticos, madera, etc) atenúan la radiación principalmente por efecto Compton produciendo elevada proporción de radiación electromagnética dispersa (radiación secundaria) mientras que en las sustancias de elevado peso atómico (metales) la atenuación se produce principalmente por efecto fotoeléctrico, es decir con poca producción de radiación electromagnética dispersa.

3. Producción de rayos X La radiación X se obtiene por bombardeo electrónico de un blanco metálico. En una válvula electrónica para producir rayos X los electrones emitidos por el cátodo son acelerados y dirigidos sobre el ánodo mediante un campo eléctrico. La emisión de rayos X en el ánodo o blanco se produce según dos fenómenos distintos:


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1.

Emisión de un espectro continuo de rayos X por enfrentamiento de electrones en el blanco 2. Emisión de un espectro de rayas (discontinuo) producido por recaptura de electrones orbitales desplazados previamente por choque de los electrones incidentes. La energía de los electrones incidentes en el blanco y el elemento que constituye a éste, determinan las relaciones entre ambos espectros.

En la figura anterior se muestra un espectro característico de un blanco de tungsteno bombardeado con electrones acelerados por un diferencial de potencial 200KV. Se observa que la mayor parte de la energía emitida como rayos X corresponde al espectro continuo. 3.1. Tubos de rayos X Los tubos de rayos X consisten esencialmente en una ampolla de vidrio cerrada al vacío en la cual se encuentran sellados dos electrodos: el ánodo (positivo) y el cátodo (negativo). El cátodo termina en un filamento calentado por la circulación de corriente que suministra un transformador de baja tensión. El filamento, que es el elemento emisor de electrones, enfrenta el ánodo que es usualmente un bloque de cobre con su extremo cortado en bisel a 70° respecto del eje del tubo. Sobre el ánodo se encuentra una lámina delgada de tungsteno que constituye el blanco. El calentamiento del filamento (cátodo) produce la emisión de electrones que será mayor cuanto mayor sea la temperatura, el que se regula mediante la corriente que circula por el filamento y que puede llegar a ser de varios amperes. Los electrones son acelerados hacia el blanco mediante la aplicación del alto voltaje entre cátodo y ánodo. El área actual que cubren los electrones en su colisión con el blanco se llama “foco de


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emisión” o simplemente “foco”. El tamaño del foco queda determinado por la forma del filamento y la focalización lograda sobre el haz de electrones. El flujo de electrones hacia el blanco constituye la corriente del tubo (corriente módica), su magnitud es del orden de los miliamperes (generalmente entre 3 y 15) y su regulación puede hacerse variando la corriente de filamento ya que depende principalmente del calentamiento del cátodo. La velocidad de los electrones, es decir su energía, es controlada variando el voltaje aplicado entre el cátodo y el ánodo. El voltaje para que los electrones adquieran la energía necesaria para lograr la emisión de rayos X es elevado y se lo expresa generalmente en kilovolts (1KV = 1000 volts). Cuando los electrones acelerados chocan con el blanco son detenidos abruptamente y ceden la mayor parte de su energía en forma de calor mientras que una pequeña proporción, alrededor de 1%, es utilizada en la emisión de rayos X. la eficiencia de la conversión en rayos X es aumentada usando como blanco metales de elevado número atómico, tungsteno por ejemplo. Este presenta la ventaja de tener elevado punto de fusión aunque sus propiedades, como conductor del calor, no son muy buenas. Esto último obliga a utilizar una lámina delgada montada sobre un bloque de cobre (para disipar el calor) y, a su vez, ser refrigerado por circulación de aceite o agua por su interior. Las principales limitaciones de potencia que tienen los tubos de rayos X están dadas por el tamaño del foco y la disipación del calor. Es bueno puntualizar que en un tubo excitado de 200KV, con una corriente de 5 mA y un área focal de 5mm2 tenemos una carga calórica en el blanco de 200 Watts por mm2. El tamaño del foco de cualquier tubo de rayos X debe mantenerse dentro de ciertos límites impuestos por razones de calidad radiográfica que se explicarán más adelante. Pero la limitación del tamaño de foco implica una limitación en la potencia (alta tensión y corriente de tubo), por cuanto una excesiva concentración en la carga calórica dificulta su disipación y conduce a la fusión del blanco. Un artificio aplicado usualmente para obviar esta limitación consiste en diseñar un filamento alargado que produce una línea focal, actual, sobre el blanco, pero su proyección oblicua en el sentido de su mayor longitud da un foco efectivo, cuya mayor dimensión puede ser aproximadamente igual al ancho de la línea focal. Como se ejemplifica en la figura 6, con un ángulo de 70° entre el blanco y la línea del filamento se logra una reducción de un tercio en el largo focal efectivo.

Fig. 5.


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Fig. 6. 3.2. Equipo de rayos X En su aspecto físico un equipo de rayos X de uso corriente en la industria, consta de una valija o consola de comando y de un cabezal de irradiación. En la primera se encuentran un autotransformador de entrada, comandos para regulación de alta tensión y corriente anódica y preselector de tiempos para fijar la duración de cada exposición. En el cabezal de irradiación se encuentra alojado el transformador de alta tensión, el tubo de rayos X y un sistema de refrigeración, adecuado a la potencia del tubo. A fin de explicar el funcionamiento de un equipo de rayos X nos remitiremos a la descripción del circuito correspondiente a un equipo típico que usa tubo auto-rectificador. Fig 7. La corriente de línea alimenta a un autotransformador y a través de él al transformador de alta tensión. La alta tensión aplicada al tubo se regula a través de la tensión aplicada al primario. El voltímetro que mide la tensión del primario esta calibrado en función de la tensión entre ánodo y cátodo, aplicada a través del secundario del transformador de alta tensión; este voltímetro indica entonces la tensión de pico con que trabaja el tubo de rayos X. La rectificación de la corriente en el circuito secundario del transformador de alta tensión la efectúa el mismo tubo de rayos X y la corriente que fluye a través del tubo es indicada por un miliamperímetro; como ya se indicó la corriente a través del tubo es regulada por la corriente que calienta el filamento. El filamento es alimentado a través de un transformador; generalmente de 12 volts, cuya tensión se regula en el primario.


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La conducción de corriente a través del tubo de rayos X debe ser en una sola dirección pero puede ser continua o pulsante según la forma de la onda de tensión aplicada. En la práctica se aplican diferentes soluciones para la rectificación de la corriente y ello determina distintos circuitos que se aplican a distintos tipos de equipos. En la figura 10 se muestran estos circuitos y las formas aplicadas al tubo. En todos los casos se debe tener presente que se tendrá una onda de tensión correspondiente al transformador, una onda de tensión resultante a través del tubo y una onda de corriente a través del tubo.

Fig.7. 3.3. Espectro de rayos X Los equipos de rayos X de uso industrial están diseñados de manera que la mayor parte de la energía sea emitida bajo la forma de espectro continuo (Fig. 4), por lo tanto al referirnos al espectro de emisión de esos equipos no es necesario considerar al espectro de ratas o emisión característica. Los factores que gobiernan la emisión son el flujo de electrones que bombardea el blanco (corriente anódica) y la tensión de aceleración aplicada (KV) a los mismos. El espectro continuo de emisión para cada tensión de aceleración manteniendo constante la corriente anódica queda caracterizado por: •

Longitud de onda mínima (máxima energía) que corresponde al , principio del espectro determinada por la relación

•

Longitud de onda para la cual se tiene la mayor intensidad , determinada por 1,5 para tubo con tensión constante y 1,76


,

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para tubo con tensión senoidal.

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• •

La distribución de intensidades relativas entre las distintas longitudes de onda emitidas El espectro continuo se corta bruscamente del lado de las menores longitudes de onda en correspondencia con el valor mínimo (máxima energía) que es tanto menor cuanto mayor es la tensión de aceleración (KV). Este límite no depende del elemento que forma el blanco.

3.4. Control de la emisión de rayos X La emisión de rayos X por el tubo es controlada en su calidad y cantidad mediante la variación de la tensión de aceleración de los electrones y la regulación de la corriente anódica. 3.4.1. Influencia de la tensión El espectro continuo de rayos X emitido por el blanco (ánodo) varía de acuerdo con el voltaje aplicado. Cuanto mayor sea el voltaje mayor será la energía de los electrones que excitan el blanco. En la Fig. 8 se indica la relación entre espectros continuos obtenidos por excitación a distintos voltajes manteniendo la corriente anódica constante. Se puede observar que a mayor tensión mayor es la energía a que se inicia el espectro (la longitud de onda mínima decrece).

Fig.8. Al aumentar la tensión se produce además, un aumento de intensidad en todas las longitudes de onda, pero este aumento es mayor para las menores longitudes de onda, esto determina que la longitud de onda a la cual corresponde la mayor intensidad relativa se acerque a la menor longitud de onda (mayor energía) emitida, en forma proporcional al aumento de tensión de aceleración que se aplique. Se observa entonces que las variaciones en la tensión de aceleración aplicada al tubo determinan una modificación en la “calidad” o características de la radiación emitida.


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3.4.2. Influencia de la corriente anódica. Como ya se dijo, la corriente anódica se regula mediante la variación de la corriente de calentamiento del filamento catódico. En la figura 9 se muestra que el aumento de corriente anódica no varía la calidad del espectro, manteniéndose el valor de λmin y el valor de longitud de onda, para el cual se produce un aumento en la intensidad de radiación emitida. Esto se explica en razón de que el aumento de corriente anódica sólo implica un aumento en el flujo de electrones que excita el blanco (ánodo) y no un aumento de la energía cinética de los mismos.

Fig.9. 4. Los equipos comerciales de rayos X El conjunto de equipos de rayos X ofrecidos comercialmente para radiografía industrial puede ser agrupado de la siguiente manera • • •


Equipos de uso normal en inspección: rangos de tensión entre 50 y 350KV. Corriente anódica entre 3 y 20mA Equipos de rayos X de alta energía: betatrones y aceleradores lineales. Rango de tensión entre 1000 y 30000KV Equipos de uso especial: equipos de foco fino (algunos micrones) para radiografía de alta definición, equipos de pulsos instantáneos para radiografía en movimiento.

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Fig.10. Circuitos aplicados en equipos de rayos X.


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5. Rayos Gamma En principio todo radioisótopo que emita radiación gamma puede ser usado para ensayos no destructivos en la misma forma que los rayos X. 5.1. Isótopos y radioisótopos Los átomos de un mismo elemento se caracterizan por tener igual número atómico e idénticas propiedades químicas pero puede ocurrir que no todos ellos tengan el mismo peso atómico. La diferencia estará dada por el diferente número de neutrones que contenga en su núcleo. Estos átomos de un mismo elemento que se diferencian por su peso atómico son llamados isótopos. Así el Iridio de la naturaleza es una mezcla de dos isotopos uno de ellos de peso atómico 191 y el otro de peso atómico 193. Un isotopo será indicado por su símbolo químico en un número, que indica la suma de protones y neutrones que contiene su núcleo. Así los isotopos naturales del Iridio se escribirán 191Ir y el 193Ir. Los isótopos radioactivos o radioisótopos son aquellos isotopos cuyos núcleos contienen más o menos neutrones que los que están presentes en los núcleos de los isotopos estables que existen en la naturaleza para el elemento considerado. Tales núcleos son inestables y pierden energía, según distintos procesos, emitiendo radiaciones de distinto tipo, incluida radiación gamma, según los casos. Este proceso conocido como “decaimiento radioactivo”, caracterizado por el tipo de radiación emitida y por la velocidad del decaimiento, es el que determina la aptitud del radioisótopo para cada aplicación particular. Los radioisótopos usados en radiografía son obtenidos de los productos de fisión del uranio en los reactores atómicos o por reacciones nucleares realizadas por bombardeo neutrónico de isotopos estables en dichos reactores. La mayoría de los radioisótopos usados en radiografía industrial tienen un neutrón en exceso en el núcleo. Este neutrón adicional ha sido forzado a incorporarse en el núcleo bombardeando un isotopo estable con neutrones en un reactor nuclear. 5.2. Espectro de radiación La emisión de radiación gamma es una consecuencia de transformaciones bien definidas dentro del núcleo y por lo tanto ocurre en rangos de energía perfectamente establecidos en cada caso, corresponde por lo tanto a un espectro de rayas. 5.3. Decaimiento radioactivo El hecho de que los radioisótopos sean inestables significa que cada átomo de los mismos tiene una determinada probabilidad de sufrir su decaimiento o desintegración emitiendo energía. Esta probabilidad de desintegrarse de cada átomo radioactivo determina que existiendo una cierta cantidad de un elemento radioactivo no se producirá la simultánea desintegración de todos sus átomos sino que en cada instante solo se desintegrará una fracción de los mismos. El valor de la fracción que se desintegra por unidad de tiempo es una constante, caracteriza al radioisótopo. De lo dicho se puede deducir que siendo constante la fracción, del total presente, que se desintegra por unidad de tiempo, la ley expresa el fenómeno de decaimiento radioactivo será una exponencial. Esta ley se puede escribir de la siguiente manera: Mediciones y Ensayos

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, $ !" #

Donde A0 es la cantidad de radioisótopo existente en el instante inicial o tiempo cero. Tmedio es el llamado “período de semi-desintegración”, es la constante propia del radioisótopo e indica el tiempo al cabo del cual la cantidad inicial se ha reducido a la mitad. A es la cantidad de radioisótopo que queda al cabo del tiempo t y finalmente e es la base de los logaritmos naturales. Si aplicando dicha expresión calculamos el tiempo para el cual la cantidad de radioisótopos se reduce al valor A0/e obtenemos el valor de la constante τ llamada “vida media”. Debemos tener presente que este valor es usado generalmente por los físicos pero en la práctica de la gammagrafía el valor usado es el de tmedio o “período de semidesintegración” llamado en la jerga de los radiólogos simplemente “vida del radioisótopo”. Los radioisótopos comúnmente usados en radiografía tienen un período de semi-desintegración o “vida” que va desde algunas semanas hasta varios años según el elemento. La constante de desintegración de un radioisótopo no puede ser modificada por ningún medio por lo tanto la velocidad con que se desintegra y en consecuencia la intensidad de radiación solo depende del número de átomos radioactivos presentes. La velocidad con que se desintegran los núcleos en una fuente radioactiva es usada como una medida de la potencia o “actividad” de la fuente. La unidad empleada para medir la actividad es el curie (Ci). Un curie corresponde a una velocidad de desintegración o decaimiento de 3,7x1010 desintegraciones por seg-1. (Esto es igual al número de desintegraciones que se producen por segundo en un gramo de radio puro). De lo que antecede queda claro entonces que la “actividad” de una fuente radioactiva no es un valor constante sino que disminuye continuamente con el tiempo. En la práctica radiográfica es necesario conocer en cada exposición la actividad actual de la fuente; para ello se usan gráficos como el que se da en la Fig. 11. En dicho gráfico se ha indicado para el caso del I192 los valores que corresponden a tmedio (periodo de semidesintegración) y (vida media).

Fig.11.


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5.4. Fuentes de radiación gamma Si bien en principio todo radioisótopo emisor de radiación gamma puede ser usado para radiografía, en la práctica sólo cinco de ellos reúnen características que permiten su aplicación en radiografía industrial. En la tabla I se dan las principales características de esas fuentes: Radioisótopo Cobalto 60 Cesio 134 Cesio 137 Iridio 192 Tulio 170 Periodo de semi5.26 años 2,1 años 30 años 74 días 127 días desintegración Energías [MeV] 1.17 a 1.33 0.48 a 1.4 0.66 0.30 a 0.61 0.052 a 0.084* Rango de aplicación: 5-15 5-10 5-10 1-7 0.25-1.25 Acero [cm] 15-45 15-30 15-30 3-20 0.75-3.75 Aluminio [cm] Factor de exposición (Roentgens/hora 1.3 0.87 0.33 0.48 0.0025 por Curie a 1m de distancia) Nota: *) emite además una pequeña cantidad de rayos X por frenamiento de radiación beta.

TABLA I- Características de los radioisótopos usados en radiografía industrial. 5.4.1. Construcción Una fuente de radiación consiste en algunos gramos o miligramos de material conteniendo el radioisótopo dentro de una cápsula de protección de manera que sea seguro su uso industrial. En la Fig. 12 se muestra un esquema de una fuente de radiación gamma de uso industrial. El material radioactivo en forma de pastilla se encuentra dentro de una cápsula de acero cerrada por soldadura. Esta cápsula retiene y protege el material, lleva la identificación correspondiente y posee una prolongación o lengüeta que permite su fijación al dispositivo de manejo. La pastilla de material radioactiva es usualmente un cilindro sólido de metal 60 puro (caso de Co y 192Ir) o cerámico (caso de 134Cs, 137Cs, 170Tm), cuyo diámetro y alto son iguales. Su tamaño puede variar de 0,5x0,5 mm hasta 6x6 mm. En el caso de 137Cs la pastilla radioactiva es usualmente una esfera.

Fig.12 Mediciones y Ensayos

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5.4.2. Actividad específica Excepto para el caso del 137Cs que se separa de los productos de fisión del uranio, los radioisótopos son producidos colocando átomos estables del elemento correspondiente en el intenso flujo de neutrones de un reactor atómico. Aquellos átomos que incorporan un neutrón a su núcleo se transforman en radioactivos, mientras el resto queda invariable y no contribuyen a la radioactividad de la fuente. Los átomos radioactivos no pueden ser separados de los inactivos por ningún método químico ya que ambos son isótopos de un mismo elemento, por lo tanto la fuente obtenida es una mezcla de isótopo estable y radioisótopo, la intensidad de radioactividad de la misma queda definida por su “actividad específica”, medida en Curies pro gramo. Para la radiografía industrial es importante que la actividad específica sea la mayor posible ya que ello significa concentrar el elemento radioactivo en el menor volumen, esto significa menor dimensión focal y mejor definición en las radiografías. 5.5. Equipos para radiografía gamma Dado que la emisión de radiación por un radioisótopo no puede ser detenida ni modificada, la fuente radioactiva debe ser guardada dentro de un blindaje que absorba la radiación y que esté provisto de dispositivos que permitan realizar la exposición cuando sea requerido. Estos blindajes son llamados equipos de gammagrafía o cámaras de gammagrafía. Existen tres tipos básicos de cámaras. Uno retiene en forma permanente la fuente en su interior y para hacer la exposición se abre un diafragma colimador del haz que restringe el ángulo sólido de exposición a un valor determinado. Otro tipo dispone de un mecanismo que permite conducir la fuente, por control remoto, desde el blindaje hasta el extremo de un tubo flexible que se posiciona en el lugar adecuado para hacer la exposición. Finalmente existe un tercer tipo, llamado de antorcha en el cual la fuente puede ser extraída del blindaje mediante un maneral adecuado que permite su ubicación en posición adecuada. Este último tipo tiene restricciones en su uso por razones de seguridad y se lo emplea generalmente en la radiografía de soldadura de tuberías. El material de blindaje es generalmente plomo aunque suele usarse también tungsteno o uranio solos o en combinación con plomo. A mayor densidad del material de blindaje menor será el peso total requerido para lograr el mismo efecto de blindaje. Las condiciones requeridas para un equipo de radiografía puede sintetizarse así: debe ser de construcción resistente, a prueba de agua, difícil de volcarse o rodar; debe tener manijas o agarraderas para levantarlo y estar provisto de cerradura para asegurar la fuente en su posición de depósito. En estas condiciones se aconseja, de acuerdo a los Organismos Internacionales de Seguridad, que el nivel de radiación a 5cm de su superficie no sea mayor que 20m R/h, o que a 1m de distancia no exceda de 2m R/h. Un portador de la fuente es parte integrante de la mayoría de los equipos. Este portador protege a la fuente de ser dañada y permite que las operaciones de carga y descarga de la misma en el blindaje se hagan con mayor facilidad y seguridad. En el primero de los tipos de equipo descriptos, en el cual la fuente no se extrae del blindaje, el portador es una barra rígida al cual se atornilla o fija con chaveta el radioisótopo. Esta barra sirve a su vez como blindaje contra la radiación emitida hacia atrás.


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Los equipos cuya fuente se opera en forma remota tienen un portador flexible que permite desplazar la fuente a través de un canal curvado que disminuye a valores despreciables la fuga de radiación por el conducto a través del cual sólo puede pasar radiación dispersa. En las Figs 13 y 14 se dan esquemas de estos equipos de gammagrafía.

Fig.13.

Fig.14.


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Energía de la radiación (MeV) 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,08 0,10 0,15 0,30 0,50 1,00


COEFICIENTES DE ATENUACIÓN MÁSICOS Coeficientes de atenuación másicos (cm2/g) Aluminio Concreto Hierro 24,30 3,26 1,08 0,543 0,353 0,268 0,197 0,169 0,138 0,104 0,0844 0,0614

24,6 3,34 1,10 0,542 0,350 0,267 0,197 0,169 0,139 0,107 0,087 0,0635

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169 25,2 8,01 3,55 1,90 1,18 0,59 0,37 0,196 0,110 0,094 0,0598

Plomo 84,6 71,8 23,5 10,5 5,73 3,55 1,66 1,46 1,92 0,378 0,152 0,070

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6. La práctica radiográfica Tal como dijimos antes una radiografía es el registro en un film fotográfico de la imagen radiante, de un objeto, producida por el paso de radiación X o gamma a través del mismo. El film consiste en un soporte transparente cubierto en ambos lados con una capa de gelatina que contiene en suspensión granos extremadamente finos de haluros de plata. Cuando el film es expuesto a radiación X, gamma, ultravioleta o luz visible se produce una excitación fisicoquímica de los granos de haluro de plata. Así excitados pueden ser reducidos a partículas negras de plata metálica mediante un proceso químico controlado que se conoce como “revelado del film”; terminado este proceso se deben eliminar los granos de haluro de plata no reducidos mediante el “fijado” y lavado del film que elimina además todos los agentes químicos incorporados durante el “procesado del film”. Seco el fil su observación debe hacerse por una transparencia. La disposición para un ensayo radiográfico se puede ver en la Fig. 15. El haz de radiación X o gamma proveniente de una fuente lo más puntual posible se hace incidir normalmente sobre la pieza en examen. La radiación es parcialmente absorbida, según vimos antes, en función del espesor y densidad del material atravesado, emergiendo diferenciada en su intensidad y constituyendo la “imagen radiante” del objeto. Esta imagen radiante es recogida por el film radiográfico colocado inmediatamente detrás del objeto y protegido por una cubierta (chasis) contra el efecto de la luz. Se produce en el film una imagen latente que es puesta de manifiesto como la radiografía del objeto una vez realizado el procesado del film. En la radiografía aquellas partes más oscuras corresponden a las zonas donde la intensidad de radiación ha sido mayor es decir a las partes del objeto que tienen menor espesor o menor masa específica. Al observar una radiografía se deben tener en cuenta tres características fundamentales: Densidad: es el término que describe el grado de ennegrecimiento alcanzado en la película. Cuantitativamente se expresa por el logaritmo en base decimal de la relación entre la luz incidente sobre el film I0 y la luz transmitida, It a través del mismo. %

&'(

Resulta claro entonces que el valor de densidad 1 corresponde a la transmisión de un 10% y densidad 2 corresponde a transmisión del 1%. En efecto

log 100/10 = log 10 = 1 = D1 log 100/1 = log 100 = 2 = D2

La densidad en el film es medida mediante el instrumento conocido como “densitómetro” que utiliza una fuente de luz estable y una célula fotoeléctrica para medir la luz transmitida, dando el resultado en valores de % de transmisión o valores de densidad según la definición anterior.


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Contraste: al observar una radiografía la imagen se ve como variaciones en la luz transmitida que llega al observador a través de distintas densidades. La diferencia entre la intensidad luminosa de dos áreas adyacentes es un índice del contraste. El contraste percibido por el observador es un valor subjetivo que no puede medirse y depende del mismo y de las condiciones de observación. El contraste como valor objetivo puede ser medido mediante un densitómetro y se expresa como la diferencia entre las densidades medidas en dos áreas adyacentes. Cuando la diferencia en brillo entre dos áreas contiguas decrece hasta un cierto valor el ojo no es capaz de distinguirla. Experimentalmente se ha comprobado que en las mejores condiciones esta diferencia debe ser 1% como mínimo. El ojo es más sensible cuando la luz transmitida es del orden de 10 Candelas por pie cuadrado y existe una neta transición de un campo al otro. En la práctica esto significa que el reconocimiento de pequeñas diferencias de densidades es subjetivamente influenciado por la nitidez de bordes de la imagen y la intensidad luminosa. Definición: la nitidez de bordes o límites entre dos áreas de diferente densidad se conoce como definición radiográfica. El valor objetivo de la definición está dado por el ancho del límite entre dos zonas adyacentes de densidad diferente pero uniforme. Prácticamente su valor se obtiene registrando punto a punto los cambios de densidad a través del límite entre dos zonas adyacentes. En la Fig. 16 se da un ejemplo de esta medición de la definición. La zona de transición es llamada penumbra y es una medida inversa de la definición. A mayor penumbra menor definición radiográfica. El valor de la penumbra es la distancia horizontal entre los dos puntos en que se inician o se terminan las áreas contiguas de densidad uniforme. Se debe aclarar que en la práctica el índice de buena o mala definición esta dado por el valor de la penumbra medida con el densitómetro.


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6.1. Selección de la radiación Independientemente de los factores prácticos que determinan el uso de equipos de rayos X o fuentes de radiación gamma para realizar una determinada radiografía debe tenerse en cuenta que el mayor contraste en la imagen radiante se obtendrá con radiación de menor energía y espectro continuo. Esto es apropiado para cuerpos con pocas variaciones de espesor o densidades pero puede ser inconveniente al radiografiar cuerpos con grandes variaciones de espesor o densidad. Generalmente al variar la calidad de la radiación utilizada influimos en el contraste en forma directa y a través de las modificaciones que se producen en la relación entre radiación directa y radiación dispersa. Usando rayos X se aplicarán los diagramas de exposición eligiendo las tensionas más bajas compatibles con los otros factores intervinientes. En caso de usar radiación gamma se seleccionará el radioisótopo de acuerdo al rango de espesores aconsejando para cada radioisótopo y material en particular teniendo en cuenta que, siendo el espectro de radiación de los mismos poco complejo, los límites de aplicación son más estrictos que para el caso de rayos X cuyo espectro es continuo. 6.2. Factores geométricos La apariencia de la imagen radiográfica está influenciada por las posiciones relativas entre fuente de radiación, objeto y película, así como también por la dirección del haz de rayos con respecto al objeto y al plano de la película. Dado que los rayos X y gamma se trasladan en línea recta al igual que la luz una buena interpretación de la formación de la imagen radiográfica puede ser obtenida a través del símil de la trayectoria de la luz en la formación de sombras. Si bien la analogía entre la luz y rayos X o gamma no es exacta las leyes geométricas de la formación de sombras pueden ser aplicadas en ambos casos. (Referencia: Industrial Radiography editado por Eastman Kodak Inc.). Si suponemos (Fig. 17a) una fuente luminosa puntual L que da sobre un cartón C, e interponemos un objeto opaco O, se formaría una sombra sobre la pantalla. Esta sombra será algo mayor que el propio objeto por cuanto este no esté en contacto con la pantalla. Este agrandamiento dependerá de las distancias relativas entre L, C y O. La forma puede también diferir en algo debido al ángulo de incidencia de la luz sobre el objeto y la pantalla. Esto puede verse en las figuras 17e y 17f. Si la fuente luminosa no es puntual se producirá en los bordes de la sombra una penumbra cuyo tamaño dependerá del tamaño de la fuente y de las distancias relativas entre L, C y O. Esta penumbra se produce porque al ser la fuente una superficie finita cada punto de la misma produce una sombra del objeto, cada una de estas sombras superpuestas quedan ligeramente desplazadas unas con respecto a otras por presentar distinto ángulo de incidencia. (Fig 17b,c y d).


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Si se observan y comparan los dibujos de la figura 17 se pueden concluir las siguientes condiciones para la geometría de un ensayo radiográfico:


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•

La fuente de radiación debe ser lo mas puntual posible. Al seleccionar un equipo debe tomarse en cuenta el tamaño del foco de radiación sea esta X o gamma. • La distancia de la fuente a la película debe ser la mayor posible. Comparar las figuras 17b y 17c. • El objeto debe estar lo mas cerca posible de la película. Comparar figuras 17b y 17d. • La radiación debe ser dirigida perpendicularmente a la película. Comparar figuras 17a y 17e. • El plano del objeto y el plano de la película deben ser paralelos. Comparar figuras 17a y 17f. En una radiografía la falta de definición causada por el tamaño del foco F, la distancia del foco a la película D y la distancia del objeto a la película (o espesor del objeto) E se denomina penumbra geométrica o simplemente penumbra P. Si observamos el diagrama de la figura 18 vemos que el valor P puede ser calculado en función de F, D y E. debemos aclarar que E significa la distancia entre el plano de la película y el plano que pasa por el punto del objeto más alejado de la película. Si el objeto está colocado junto a la película E equivale al espesor máximo del objeto. Para poder calcular P se aplica la fórmula: +. ) %.Inversamente es común calcular la distancia a la cual se debe colocar la fuente para no sobrepasar un determinado valor de P (generalmente entre 0,2 y 0,4mm). En ese caso tenemos: +. % /) Como en la práctica la película se coloca contra el objeto y el espesor de éste es mucho menor que la distancia foco-película se puede usar la fórmula: +. % ) El tamaño del foco de las fuentes radioactivas es proporcionado por el fabricante y no varía con el uso. En el caso de rayos X si bien el comerciante da un valor éste puede variar considerablemente con el uso del equipo. En este último caso es necesario medir el tamaño actual del foco. Para ello se puede usar el siguiente método (Fig. 19): a mitad de distancia entre el foco y la película se coloca una placa de plomo con un fino orificio ubicado en el eje del haz de radiación. Se protege la película de toda radiación que no sea la que pasa por el orificio y se hace una exposición. El diámetro mayor de la mancha obtenida corresponde con buena aproximación al diámetro del foco. En caso de desear una medida más exacta se deben hacer las correcciones que se indican en la figura 19-b. Se debe calcular el tiempo de exposición para evitar que una sobreexposición provoque una imagen agrandada y difusa.


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6.3. Película Radiográfica Las películas radiográficas están compuestas por una emulsión de haluros de plata suspendidos en gelatina que cubre ambas caras de un soporte transparente flexible, de celuloide con un tinte ligeramente azulado El espesor de la emulsión es de aproximadamente 25 micrones en cada cara de la película. Durante la exposición la radiación sensibiliza los gramos de haluro de plata que al ser procesado mediante reactivos químicos son reducidos a plata metálica en función de la dosis de radiación recibida. Los finos granos negros de plata reducida constituyen la imagen fotográfica. Existen en el comercio una amplia variedad de películas radiográficas, que se adaptan a distintas técnicas y condiciones de uso. En términos generales todos films puede ser agrupados en dos tipos diferentes: aquellos de exposición directa a rayos X o gamma que pueden ser usados también con pantallas de plomo o metálicas y aquellos para usar únicamente con pantallas salinas que actúan como conversores de la radiación X o gamma en radiación fluorescente. Las características más importantes de las películas radiográficas son el tamaño de grano, la velocidad (o sensibilidad a la radiación), el contraste y la latitud de exposición. 6.3.1. Sensitometría de las Películas Radiográficas A pesar de que usualmente se hacen comparaciones cualitativas entre diferentes películas refiriéndose por ejemplo a la “velocidad” o al “elevado contaste” para obtener un significado exacto en estas comparaciones es necesario medir las densidades producidas por un rango bien medido de exposiciones y dibujar las curvas de densidad en función de la exposición. Estas curvas características expresan la relación entre la exposición aplicada y la densidad fotográfica obtenida bajo condiciones específicas de procesado. Tales curvas son obtenidas ya sea variando la intensidad de radiación con tiempo de pose constante o bien variando el tiempo de pose con intensidad constante. Esto último se hace generalmente con rayos X exponiendo una tira de film que se va cubriendo por escalones de manera que cada escalón reciba la radiación durante un tiempo doble que el próximo anterior. Las densidades en cada escalón son medidas en un densitómetro. Dichos valores se colocan en ordenadas de un gráfico en el cual las abscisas se llevan los logaritmos de las exposiciones relativas de los escalones correspondientes. Las exposiciones se expresan en forma logarítmica por tres razones: 1) La densidad es un valor logarítmico, 2) el uso del logaritmo permite reducir el largo de la escala correspondiente a la exposición, 3) cada para de exposiciones que tenga la misma relación será representado por el mismo intervalo en la escala independientemente de su valor absoluto. Como la escala del logaritmo de exposición es referida como exposición relativa el operador puede usar la curva característica para determinar sus niveles de exposición sin necesidad de relacionar sus valores de exposición y condiciones de operación con aquellos valores absolutos con los cuales se preparó la curva. Esto es importante pues la velocidad de la película depende de la calidad de radiación. Mediciones y Ensayos

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En la Fig. 20 se muestra una curva sensitométrica típica. Se observa que la curva no arranca de densidad cero, existe siempre una densidad inicial (0,2 a 0,3) llamado velo inherente que se obtiene aun con la película sin exponer. Luego observamos que debe alcanzarse un cierto valor de exposición (punto B) para obtener un aumento significativo de densidad. Este valor mínimo indica la sensibilidad de la película. A partir del punto B el aumento de densidad se hace más rápido hasta llega a la máxima densidad obtenible en la película. Por razones prácticas esta densidad máxima utilizable es del orden de 4, punto C. el tramo de curva comprendido entre B y C es la parte útil para la radiografía y su extensión en el eje de abscisas en una medida de la latitud de exposición de la película. La pendiente de la curva en el tramo B-C es la medida del contraste fotográfico. Este contraste varía según la parte de la curva y es mayor a mayor densidad. Este hecho indica lo incorrecto de realizar radiografías demasiadas claras, se recomienda por el contrario trabajar con densidades superiores a 1,5 en las zonas de interés. En la Fig. 20 se ha indicado además la forma de la curva características para película de uso con pantallas salinas. Se puede ver que en estas películas luego de un cierto valor de exposición el contraste tiende a cero no produciéndose aumento de densidad por más que se aumente la exposición. Se puede llegar incluso a disminuir la densidad por el fenómeno de inversión o “solarización”.

6.3.2. Procesado El procesado de la película tiene una gran influencia en la curva característica. En la Fig. 21 se han indicado los efectos de un revelado excesivo y de un revelado incompleto. La práctica recomendada es usar para cada película el revelador indicado por el fabricante quien posee además una curva de revelado con la cual se debe calcular el tiempo a dejar en el baño en función de la temperatura del mismo.


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Una vez revelada la película se pasa al baño de detención (solución de ácido acético al 2% generalmente); luego al fijador que solubilizara las sales de plata no reducidas y finalmente al lavado para extraer todas las sales y reactivos. El tiempo de lavado debe ser por lo menos de dos a tres veces el tiempo de fijado usando agua en circulación. El secado debe hacerse en lugar apropiado para evitar la deposición de partículas suspendidas que interferirán en la observación de la radiografía.

6.4. Pantallas intensificadoras La radiación X o gamma al incidir en la película radiográfica sólo será un 1% de su energía para producir la imagen, el resto de la energía del haz no es aprovechado en el trabajo “fotográfico”. Obviamente todo medio que permita aumentar el aprovechamiento de la energía radiante en la formación de la imagen, siempre que no complique la técnica, es deseable. Para este propósito se usan pantallas intensificadoras de las cuales existen dos tipos principales: Pantallas intensificadoras salinas: Ciertas sales, tungstato de calcio por ejemplo, tienen la propiedad de producir luz fluorescente bajo la excitación de rayos X o gamma. Dado que ciertas emulsiones fotográficas son más sensibles a la luz que los rayos X o gamma, esta propiedad es aprovechada colocando la película radiográfica entre dos pantallas constituidas por una base recubierta con una fina capa de cristales muy finos de dichas sales Mediciones y Ensayos

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fluorescentes. En estas condiciones las pantallas aceleran el proceso radiográfico permitiendo disminuir el tiempo de exposición o reducir el kilovoltaje aplicado. El contacto entre las pantallas y la película debe ser lo mejor posible y en estas condiciones, se suma el efecto de la luz fluorescente al de los rayos X o gamma, siendo generalmente más importante el efecto debido a la luz fluorescente de la pantalla. Se debe tener en cuenta que la luz emitida por cada grano de sal, se difunde en todas direcciones y se aparta del rayo que originalmente lo excita. Este efecto tiende a producir una pobre definición en la radiografía. Cuanto menor sea el tamaño de grano de la sal, menor será la pérdida de definición en la radiografía, pero el efecto de intensificación será más reducido. Comercialmente se suelen vender pantallas salinas de tres tipos: alta velocidad (significa grano grueso y pobre definición), velocidad media (compromiso entre velocidad y definición, grano medio) y pantallas de alta definición (grano muy fino, poca pérdida de definición pero menor ganancia en velocidad). Los factores de intensificación para estas pantallas son del siguiente orden aproximado: 900 para grano grueso, 450 para grano medio y 225 para grano fino, cuando se trabaja a un voltaje de 150KV. Este factor es la razón entre el tiempo de exposición sin pantalla y el tiempo de exposición con pantalla y varía con la energía (KV.) de la radiación. Con radiación gamma no se recomienda el uso de pantallas salinas por dos razones: primero el factor de intensificación resulta mucho más reducido y segundo la indefinición causada por el tamaño de grano junto con el menor contraste inherente de la radiografía gamma producen radiografías de muy baja calidad. Pantallas intensificadoras de plomo Las pantallas de plomo usadas en la misma forma que las salinas tienen muchas ventajas aunque el factor de intensificación resulta mucho menor. El caso de las pantallas de plomo se debe principalmente a la conversión de la radiación X o gamma en emisión de electrones o en radiación secundaria de baja energía que son rápidamente absorbidos en la emulsión fotográfica produciendo la sensibilización de los granos de haluro de plata. En este caso, existiendo un íntimo contacto entre pantalla y film, no se reduce la definición por cuanto los centros de excitación son los átomos de plomo y no los cristales. Además el plomo tiene el efecto de absorber la radiación secundaria de menor energía que proviene de objetos circundantes mejorando el contraste y la definición. A fin de disminuir el efecto de absorción de la radiación primaria del haz la pantalla del frente es más delgada y su espesor puede ser entre 20 y 150 micrones; en cambio la pantalla posterior se hace más gruesa para que absorba la radiación secundaria dispersa. Con radiación X generada a menos de 130KV no se obtiene intensificación pero se mejora la calidad de imagen. El factor de intensificación aumenta con la energía de la radiación. Pero en cada caso en particular cuando se usa radiación gamma, se debe elegir el espesor de pantalla más apropiado para lograr el mayor factor de intensificación y la mejor calidad de imagen.


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6.5. Factores que gobiernan la exposición El número de factores que inciden en una radiografía son muchos y deben ser todos cuidadosamente considerados a fin de obtener una buena radiografía. Los factores que afectan directamente la densidad o ennegrecimiento de la película son los siguientes: Kilovoltaje o tipo de radioisótopo El espectro de energía de la radiación utilizada tiene fundamentalmente importancia en el contraste radiográfico obtenido. El mayor contraste se obtiene con las energías más bajas y espectro más complejo. Usando rayos X, si se reduce el kilovoltaje, se obtiene radiación más blanda aumentando el contraste pero se debe prolongar el tiempo de exposición. Aumentando el kilovoltaje se reduce el tiempo de exposición pero disminuye el contraste. Las variaciones en el tiempo de exposición debidas a variaciones de kilovoltaje, aunque se mantenga fijo el “miliamperaje”, se deben no solo a la variación de energía de la radiación sino a que al aumentar o disminuir el kilovoltaje se aumenta o disminuye también la cantidad de radiación X producida. Usando radiación gamma hay que tener en cuenta que el espectro de energía que produce un radioisótopo no puede ser modificado. Por lo tanto si se desea modificar la energía se debe cambiar de radioisótopo. En cuanto a la modificación del tiempo de exposición se logra utilizando fuentes de mayor o menor intensidad o actuando sobre otros factores (distancia, película, etc.) se debe tener en cuenta además que el contraste obtenido con radiación gamma es generalmente menor debido a que los radioisótopos producen espectros de energía mucho más simples que los equipos de rayos X. Cantidad de radiación Para una determinada calidad de radiación X o gamma los tres factores que gobiernan la exposición son: el miliamperaje (para rayos X) o intensidad de fuente (para rayos gamma), el tiempo y la distancia fuente-pelicula. Para rayos X la cantidad de radiación empleada en la exposición esta medida por la intensidad de la corriente anódica multiplicada por el tiempo de exposición. En los gráficos de exposición figura este producto como miliamperesminuto. Para un determinado kilovoltaje la exposición será la misma ya sea que se apliquen, por ejemplo, 3 miliamperes durante 2 minutos que en el caso de aplicar 6 miliamperes durante 1 minuto en ambos casos se tendrá una exposición de 6 milimaperesminuto. En el caso de rayos gamma se emplea el valor Curie hora siendo el Curie la unidad de intensidad de la fuente gamma para el caso de una exposición utilizando un determinado radioisótopo será lo mismo exponer durante 0,1 hora con una fuente de 10 curies que hacerlo durante 0,2 hs con una fuente de 5 Curies de igual radioisótopo. En ambos casos la exposición será de 1 Curiehora.


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Distancia fuente-película. La distancia es otro de los factores que afectan la exposición por cuanto (aunque mantengan constantes el tiempo y la intensidad de la fuente) la cantidad de radiación recibida por la película dependerá de la distancia a que se encuentre de la fuente. En efecto si tenemos una fuente que pueda ser considerada puntual, el flujo de radiación por unidad de área atravesada disminuye al alejarnos de la fuente en proporción al cuadrado de la distancia. Es decir que si duplicamos la distancia manteniendo la intensidad de la fuente constante, debemos cuadruplicar el tiempo para obtener la misma cantidad de radiación en la película (es decir para mantener la misma exposición). Esta ley deja de tener validez para el caso de radiación X de muy baja energía como la producida con kilovoltaje inferior a 20KV. Tiempo de exposición Generalmente el tiempo de exposición puede variar en aproximadamente 5% sin efecto muy notable debido a la latitud de las películas radiográficas, especialmente cuando el contraste es bajo esta variación puede llegar a aproximadamente 15%. No obstante es conveniente que el tiempo de exposición no sea menor que 30 segundos en el caso de rayos X para evitar que se pueden exceder esos valores al operar al equipo. Película radiográfica Las películas radiográficas disponibles cubren distintas velocidades yendo desde películas lentas de grano muy fino o alta definición hasta películas muy rapidas de grano grueso, que si bien no permiten obtener elevada definición, reducen el tiempo de exposición. No obstante la velocidad relativa entre estas películas puede variar por efecto de la energía de la radiación utilizada, condición de procesado, densidad a que se trabaja. Pantallas intensificadoras Como ya vimos la exposición puede ser reducida mediante el uso de pantallas de plomo o pantallas salinas. Los factores de intensificación dependen de los tipos de pantalla y de la calidad de la radiación. Procesado Debe tenerse presente que las condiciones de revelado afectan el contraste y el grano de la película radiográfica. Es importante estandarizar el proceso de revelado para poder hacer amparables los resultados. Equipo de rayos X La exposición varía de un equipo a otro aunque se utilicen los mismos valores absolutos de miliamperaje y kilovoltaje ya que la cantidad y calidad de la radiación dependerá del rendimiento del tubo y de la filtración inherente producida a través de la ventana y del aceite de aislación. Mediciones y Ensayos

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El objeto a radiografiar La absorción de radiación en un material depende de su espesor, densidad y número atómico de los elementos presentes. Es obvio que entre dos objetos de diferente espesor e igual material el más grueso absorberá mayor cantidad de radiación y por lo tanto para obtener el mismo ennegrecimiento será necesario aumentar la exposición o el kilovoltaje. En la tabla 11 dimos los factores que relacionan las exposiciones entre materiales de distinta densidad y elemento atómico para distintas energías de radiación. Tabla 11- FACTOR APROXIMADO DE EQUIVALENCIA RADIOGRAFICA METALES RAYOS X (KV) RAYOS GAMMA 50 100 150 220 400 Ir 192 Cs 137 Co 60 Magnesio 0,6 0,6 0,05 0,08 0,35 0,35 0,40 Aluminio 1,0 1,0 0,12 0,18 0,35 0,35 Acero 12,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Ac Inox. 12,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 18-8 Cobre 18,0 1,6 1,40 1,4 1,1 1,1 1,1 Zinc 1,4 1,3 1,3 1,1 1,0 1,0 Laton 1,4 1,3 1,3 1,1 1,1 1,1 Plomo 14,0 12,0 4,0 3,2 2,3 6.6. Diagramas de exposición Para el cálculo de la exposición se debe hacer uso de los diagramas de exposición que son provistos por los fabricantes de películas radiográficas pero que también pueden ser preparados por el propio operador. Para rayos X los diagramas de exposición llevan en abscisas los espesores de material y en ordenadas la exposición en “miliamper-minutos” y como parámetro de cada curva el kilovoltaje de operación (Fig. 22). En el diagrama figura, además, el tipo de película, distancia fuente-film material, pantallas usadas, procesado y densidad de la radiografía. Por razones prácticas la exposición se da en escala logarítmica. Cuando se desea trabajar a distancia distinta de la indicada en el diagrama se aplica la ley del cuadrado de la distancia para corregir el tiempo de exposición. Para el caso de rayos gamma corresponde un diagrama para cada radioisótopo. En dichos diagramas se lleva en ordenadas la exposición en curie-hora (en escala logarítmica) y en abscisas el espesor. Los parámetros de las distintas curvas pueden corresponder a distintas distancias (Fig. 23) o bien a distintas películas. Se dan además todas las condiciones de la radiografía (pantallas, procesado, densidad, etc).


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6.7. Radiación dispersa Si bien los rayos X y gamma se desplazan en línea recta hemos visto que en su interacción con la materia pueden ser desviados de su trayectoria inicial. Esto ocurre no solo al atravesar el objeto que se radiografía sino también al incidir sobre las paredes, chasis y cualquier objeto que se interponga en su trayectoria durante la radiografía. Este fenómeno origina lo que se llama radiación dispersa o secundaria, cuya energía es menor pero que también puede llegar a la película y producir ennegrecimiento. La intensidad de esta radiación dispersa puede ser muy elevada, cosa comprensible si se tiene en cuenta que no solo el objeto sino también las paredes, piso o techo, mesas, soportes, chasis y aun película con causa de la misma. Usualmente gran parte de la radiación dispersa que llega a la película proviene del mismo objeto bajo examen, como indicación de su importancia se puede decir que en la radiografía de acero de 20mm de espesor la radiación dispersa llega a ser casi dos veces mayor que la radiación primaria que llega a la película. Pero además toda porción del chasis y de la película por fuera de los límites del objeto, que recibe radiación directa, puede también, ser fuente de radiación dispersa. La influencia de esta radiación dispersa es más notable en los bordes de la imagen del objeto produciendo un efecto de velado que puede impedir apreciar la real forma exterior del objeto y la observación de zonas adyacentes a los bordes. El efecto de la radiación dispersa se torna más apreciable al aumentar la energía de la radiación primaria y cuando se radiografían objetos de gran espesor o metales pesados. Por debajo de 100KV el efecto es raramente apreciable debido a que el principal efecto responsable (efecto Compton, ver pág. 3) de la misma es menos probable y además la radiación dispersa producida por ser de muy baja energía es en gran parte absorbida por el chasis. Siendo siempre la radiación dispersa de menor energía que la primaria resulta muy conveniente el uso de pantallas intensificadoras de plomo que la absorben en gran proporción. El uso de estas pantallas mejora entonces el contraste al eliminar el velo producido por la radiación dispersa y mejoran la definición al eliminar la radiación que llega con otra dirección que la primaria. Reducción de radiación dispersa Si bien la radiación dispersa no puede ser eliminada totalmente existen medios y precauciones que permiten reducir su importancia y efectos. En primer lugar al hacer una radiografía debe tratarse que el objeto y película no estén rodeados de otros objetos o materiales y se encuentren lo más alejados posibles de paredes y piso. Es conveniente, especialmente cuando se usan rayos X a tensiones normales, apoyar el objeto y película sobre una hoja de plomo de un par de milímetros de espesor y proteger la parte posterior del chasis también con una hoja de plomo. Es conveniente limitar el haz de radiación a la zona de radiografía. Esto es especialmente importante cuando se usan radioisótopos pues las fuentes radioactivas emiten en todas direcciones. Se puede además cubrir la parte de la película que esta expuesta a radiación directa mediante una placa de plomo de manera que solo llegue a la misma la radiación Mediciones y Ensayos

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que pasa a través del objeto y forma la imagen. En caso de piezas de contorno muy complicado se puede rodear el contorno con una pasta radiopaca. Estas pastas son también muy útiles para reducir el mismo efecto de radiación dispersa que se produce en cambios bruscos de sección. (Fig. 24). Estas pastas radiopacas pueden ser preparadas en el laboratorio. En “Radiografía Industrial” de D. Kodak Inc. se dan las siguientes fórmulas: Pasta baritada: 100gr de parafina; 170gr de aceite liviano, 120gr de cera, 200gr de caolín 1000gr de sulfato de bario. Plastilina plomada: 250gr de plastilina, 30gr de lanolina, 1000gr de plomo en polvo. Ambas pastas son apropiadas para usar en radiografía de acero. En el caso de plastilina plomada puede variarse la proporción de plomo para hacerla apropiada para otros materiales.

7. Sensibilidad radiográfica La detección de defectos en un material depende de la diferencia de absorción de la radiación entre la parte sana y la parte defectuosa. En el caso simple de que el defecto sea una cavidad, el que aparezca o no en la radiografía depende de que la técnica empleada sea capaz de detectar la diferencia de absorción que existirá entre la radiación que pasa por la zona sana y por la zona defectuosa. Si la técnica permite detectar la diferencia de intensidad de radiación debida a una diferencia del 2% en el espesor del material,


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entonces idealmente una cavidad cuyo diámetro fuera mayor que el 2% del espesor seria detectada, mientras que una menor pasaría inadvertida. Si por otra parte el defecto en vez de ser una cavidad fuese una inclusión de otro material menos denso (por ejemplo escoria en una soldadura de acero) la situación seria diferente pues en este caso como el material de la inclusión también produce alguna absorción ahora el diámetro del defecto tendría que ser mayor que el 2% del espesor total para ser detectado. Por lo tanto, según la densidad del material del defecto podría no ser detectado aunque su diámetro fuera bastante mayor que el 2% del espesor. Desafortunadamente la absorción relativa del defecto depende no solo de su constitución y homogeneidad, sino también de la calidad de la radiación usada. Si consideramos además que la detección del defecto depende de su orientación con respecto a la dirección del haz, especialmente si se trata de un defecto plano, es claro que no será posible argüir ninguna certeza con respecto a la posibilidad de su detección por el hecho de que la técnica aplicada permita revelar una mínima diferencia en la absorción de radiación. Es fundamental tener siempre presente que es imposible poder afirmar que una determinada técnica radiográfica permita detectar cualquier tipo de defecto por encima de una cierta dimensión a pesar de que se hayan definido por trabajos previos las características de absorción para un tipo específico de defecto ya que no hay manera cierta para especificar las características de absorción para todo tipo y orientación de defecto. Sería altamente deseable poder especificar sensibilidad de defecto por una fórmula como la siguiente: 0 10232&2454

"

! 6 # "!7 ! #8 "!9!: # "! : !8 # ;# !6;!6#8 "!7 #<=! #

> 100

Pero ella resulta una fórmula ideal imposible de llevar a la práctica. Dado que es imposible evaluar en forma objetiva la sensibilidad de detección de defectos de una radiografía se recurre al uso de indicadores que permiten hacer la evaluación de la calidad de imagen radiográfica. Es absolutamente necesario tener presente que estos indicadores, antiguamente llamados “penetrametros” permiten evaluar la calidad radiográfica, (sensibilidad de detección de variación de espesor y definición de la imagen) pero no dan información directa sobre el tamaño del mínimo defecto detectable. Indicador de Calidad de Imagen (ICI) Para evaluar la calidad de una radiografía se usan los indicadores de calidad de imagen que consisten en plaquetas escalonadas o alambres del mismo material que el objeto el 1%, 2%, 3% y 4% etc. del espesor máximo del objeto. El indicador se coloca sobre la cara del objeto que enfrenta la radiación en la parte que queda más alejada del film (zona de mayor espesor) y en la posición geométricamente más desfavorable, por ejemplo en el extremo más alejado respecto del punto en que la radiación incide normalmente. El espesor del escalón más delgado o el diámetro del hilo más fino que sea visible en la radiografía se usa en la siguiente fórmula para evaluar la calidad de la técnica radiográfica usadas. ∆- CC$ ∆A% > 100 - CC$


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donde ICI%= sensibilidad de indicador de calidad de imagen. E= espesor radiográfico ∆E= espesor del escalón o alambre más delgado aun visible. Cuanto mayor sea el valor del ICI% peor será la calidad radiográfica obtenida. Usualmente el valor ICI% es denominado simplemente “sensibilidad”. A pesar de que generalmente se habla de que una “sensibilidad del 2%”, por ejemplo, es aceptable y que a veces se habla de técnicas que dan sensibilidad mejor que el 2%, etc., es importante señalar que ningún valor de “sensibilidad” tiene sentido si no se especifica el tipo de ICI, y el método de cálculo usado. Es importante destacar que ni la imagen del indicador en la radiografía ni el valor de “sensibilidad” calculado, pueden ser usados para asegurar el tamaño mínimo de defecto detectable. Sin embargo es absolutamente necesario usar el siempre un ICI adecuado que permita evaluar la calidad de imagen radiográfica y asegurar el uso de una técnica correcta. Algunos ICI solo pueden dar información sobre el contraste obtenido (caso de simples plaquetas de distintos espesores) pero otros permiten obtener además información sobre la definición lograda. El uso de ICI está normalizado en muchos países ya se por organismos oficiales o por asociaciones profesionales o empresarios. Daremos las características de algunos de ellos: (Fig. 25) ASTM (U.S.A): Son los más usuales en nuestro país y la norma correspondiente es la ASTM-E 142. Consiste en una plaqueta plana cuyo espesor se elige de manera que represente un 2% del espesor a radiografiar. Lleva tres orificios cuyo diámetro es una vez, dos veces y 4 veces el espesor de la plaqueta. Si se observan los tres orificios el índice de sensibilidad es del 2%. Si solo se observan dos el índice es del 4% y si solo se observa el mayor índice es del 8%. DIN (Alemania): es un indicador de hilos de distinto diámetro escalonados según la progresión geométrica ISO R 10, conteniendo la unidad (en milímetro). Son 16 hilos distribuidos en tres indicadores con siete hilos cada uno. La correspondencia entre número de hilo y diámetro se da en la tabla III. El largo del hilo puede ser 50 o 25 mm y se colocan en cada indicador en forma paralela y a 5 mm de distancia entre ellos. El primero tiene los hilos 1 al 7, el segundo 6 a 12 y el tercero 10 a 16. En cada indicador figura en plomo el símbolo del material con el cual está hecho; Fe, Al o Cu. En la norma de uso correspondiente se indica el número del hilo de menor diámetro que debe verse según el espesor radiografiado, según se halla logrado calidad I o calidad II. La norma de referencia es la DIN-54109 (1962).


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Fig 25


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TABLA III.- Diámetro de hilos I.C.I. – DIN (1962) N° 1 2 3 4 5 6 7 8

Diámetro 3,20 2,50 2,00 1,60 1,25 1,00 0,80 0,63

N° 9 10 11 12 13 14 15 16

Diámetro 0,50 0,40 0,32 0,25 0,20 0,16 0,125 0,10

TABLA IV.- Uso del I.C.I. DIN-54109 (1962) Espesor radiografiado (mm.) Mayor que: Igual o menor que: 0 6 6 8 8 10 10 16 16 25 25 32 32 40 40 50 50 60 60 80 80 150 150 170 170 180 180 190 190 200

Alambre que debe ser visible totalmente Calidad I Calidad II 16 19 15 13 14 12 13 11 12 10 11 9 10 8 9 8 7 7 6 5 4 3 2 1

8. Prácticas recomendadas 8.1. De carácter general para selección de radiación Con rayos X a mayor kilovoltaje corresponde un más bajo contraste y viceversa. Las fuentes de radiación gamma con equivalentes a rayos X de alto kilovoltaje.


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-Para obtener mejor sensibilidad se debe usar el mínimo kilovoltaje compatible con el tiempo de exposición práctico y con el contraste (variaciones de espesor) de la pieza. -Para aleaciones livianas y material de baja densidad y espesor no existe fuente de rayos gamma realmente apropiada. -Para materiales ferrosos entre 50 y 100 mm de espesor las sensibilidades que se pueden obtener con radiación son semejantes si se emplean técnicas correctas. -Para materiales ferrosos y aleaciones de Cu hasta aproximadamente 12mm es recomendable usar rayos X. -Para materiales ferrosos entre 15 y 50mm la mejor sensibilidad se obtiene con rayos X. -Para trabajos en campaña y para tareas de montajes, especialmente cañerías, es más práctico el uso de fuente de radiación gamma de energía apropiada. 8.2. Radiografía de fundición -Tratar de penetrar el menos espesor posible -El film lo más cerca posible de la superficie -Usar máscaras de bordes, especialmente al usar rayos X -La densidad en el film debe ser la mayor aceptable para la parte más delgada, en el caso de elevados contrastes del objeto y técnica de un solo film. -Para objetos con gran contraste se puede hacer la exposición simultánea sobre dos películas de distinta velocidad o usar otras técnicas especiales como el filtrado de la radiación para disminuir contraste. -Tomar especial cuidado para cubrir ángulos y bordes mediante el uso del ángulo apropiado para el haz de radiación. 8.3. Radiografía de soldaduras -En tanques, si hay acceso de ambos lados se debe preferir colocar siempre el generador de rayos X adentro y el film afuera. -Es recomendable usar respaldo de Pb (apróx. 1mm) en chasis no metálicos cuando no se usa pantallas de Pb. -Usar máscara en la radiografía de los extremos de la soldadura. 9. Reglas generales para el examen de radiografías 1- Etapa preliminar a. Verificar identificación b. Reconocer defectos del film Si el film es aceptable c. Verificar la sensibilidad mediante el ICI d. Ajustar las condiciones de observación a la densidad del film e. Separar la observación de films tomados con técnicos muy diferentes; por ejemplo: rayos X y gamma.


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2- Análisis e interpretación de los defectos Cumplida la etapa preliminar la atención debe concentrarse exclusivamente en la observación de los defectos, teniendo presente los siguientes hechos básicos: a. Las zonas de menor densidad óptica corresponden a mayor espesor y/o mayor densidad en la zona correspondiente del objeto. A toda cavidad, disminución de espesor o de densidad física en el objeto corresponde a un aumento de densidad óptica en el film. b. Excepto cuando se usen técnicas de proyección del film (muy caro) la imagen de los defectos es de aproximadamente 10% aumentada respecto al tamaño natural, según las relaciones geométricas del ensayo. c. La forma de la imagen de un defecto es la proyección geométrica del defecto tridimensional en el plano del film. La apariencia de dicha imagen depende también de la posición y orientación del defecto y del espesor de la pieza. d. Un defecto de un tamaño determinado dará imágenes cada vez menos visibles al aumentar el espesor de la pieza en que se encuentra y pequeños defectos pueden llegar a desaparecer. e. La imagen del defecto depende también del tipo de radiación usado. A más alta energía menor contraste y menor definición f. La detección de los defectos planos depende de su orientación. Las grietas se desarrollan normalmente en planos que no mantienen constante su ángulo respecto del haz de radiación. Es relativamente fácil, por ello diferenciarlas de otros defectos planos tales como falta de fusión, falta de penetración, o defectos lineales como los capilares gaseosos. En caso de duda se puede ordenar la variación del ángulo de inspección. Los estándares de referencia rara vez dan la variación de aspecto con variación de ángulo.


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Apunte Radiografia

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